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Aula 375 — Inscrição e circunscrição de sólidos

50 min

Objetivo geral

Relacionar as dimensões de um sólido inscrito numa esfera usando a diagonal do sólido como diâmetro da esfera circunscrita.

Objetivos específicos

  • Definir sólido inscrito numa esfera (todos os vértices do sólido tocam a superfície esférica).
  • Reconhecer que, num cubo inscrito numa esfera, a diagonal do cubo é igual ao diâmetro da esfera.
  • Calcular o raio da esfera circunscrita a um cubo de aresta conhecida.
  • Reconhecer, de forma qualitativa, a inscrição de cilindro e cone numa esfera (bases tocando a superfície).

Conhecimentos prévios

  • Teorema de Pitágoras, Módulo 22, Aula 341.
  • Esferas, Aula 372.

Recursos didáticos

  • Apresentação de slides — Possor_MatAula375_Apresentacao.pptx.
  • Quadro/lousa e material de escrita.
  • GeoGebra 3D Calculator, para visualizar e manipular os sólidos em 3D.

Desenvolvimento da aula

Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios

5 min · Ausubel — ativação de subsunçores

O professor pergunta: para um cubo inscrito numa esfera (todos os 8 vértices tocando a superfície), o que vira o diâmetro da esfera — a aresta do cubo ou outra medida?

Problematização Inicial

5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipado

Mostrar no GeoGebra 3D um cubo inscrito numa esfera, destacando a aresta do cubo e, separadamente, a diagonal do cubo (de um vértice ao vértice oposto, passando pelo interior). Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): achar que a ARESTA do cubo é o diâmetro da esfera — na verdade é a DIAGONAL do cubo (do vértice a seu oposto), que passa exatamente pelo centro da esfera, ligando dois pontos da superfície.

Desenvolvimento Conceitual

20 min · Exposição dialogada

Apresentação dos slides 2 a 9: num cubo de aresta a inscrito numa esfera, a diagonal do cubo (d=a√3, usando duas aplicações do Teorema de Pitágoras: primeiro na face, depois no espaço) é igual ao diâmetro da esfera circunscrita (2r). Resolvendo a pergunta do Momento 2: a diagonal do cubo — ela liga dois vértices opostos passando pelo centro da esfera, sendo por isso o diâmetro, enquanto a aresta liga só dois vértices vizinhos, bem mais curta.

Resolução Guiada

10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento Proximal

Resolução guiada: para um cubo de aresta 2 inscrito numa esfera, calcular coletivamente a diagonal d=2√3≈3,46 e o raio da esfera r=d/2=√3≈1,73. Em duplas: discutir qualitativamente como um cilindro inscrito numa esfera tem as duas bases circulares tocando a superfície esférica (sem calcular numericamente).

Exercícios de Fixação

7 min · Prática independente

Aplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).

Síntese e Fechamento

3 min · Consolidação (fechamento circular)

Retomar a pergunta do Momento 1: a diagonal do cubo — ela conecta dois vértices opostos passando pelo centro da esfera, sendo o diâmetro; a aresta (bem menor) não passa pelo centro.

Avaliação formativa

Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4). Ao final: correção coletiva dos exercícios.

Lista de exercícios

1. Num cubo de aresta a, qual a fórmula da diagonal do cubo (vértice a vértice oposto)?

Gabarito: d = a√3.

2. Calcule a diagonal de um cubo de aresta 2.

Gabarito: d=2√3 (≈3,46).

3. Qual o raio da esfera circunscrita a esse cubo de aresta 2?

Gabarito: r=d/2=√3 (≈1,73).

4. Por que a diagonal do cubo (e não a aresta) é igual ao diâmetro da esfera circunscrita?

Gabarito: Porque a diagonal liga dois vértices opostos passando pelo centro da esfera, enquanto a aresta liga vértices vizinhos, sem passar pelo centro.

5. Encontre o erro: "num cubo inscrito numa esfera, a aresta do cubo é o diâmetro da esfera."

Gabarito: Errado: é a DIAGONAL do cubo (a√3), não a aresta, que é igual ao diâmetro da esfera circunscrita.